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岩溶地区钻孔桩施工常见事故及处理方法
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内容提示：根据岩溶地区钻孔桩基础施工过程中发生的卡钻、塌孔、偏斜孔、漏浆、断桩进行了分析,总结了相应的处理措施,以加深对岩溶地区钻孔桩成孔技术的认识,从中得到有益的参考和帮助。
我国岩溶发育地区分布十分广泛,但主要集中在我国西南地区,像云、贵、川、桂等地区都有大面积的岩溶地层。它的形成过程是石灰岩(碳酸钙)在略有酸性的水中发生溶解,当温度升高,水分蒸发或者压强降低,溶解有碳酸氢钙的水会由于二氧化碳溶解度减小而逸出,使碳酸钙沉淀下来,在漫长的地质年代中反复上述反应,就形成了地质和水文地质构造极为复杂的诸如石钟乳、石笋、暗河及溶沟、溶槽等奇特的地貌景观和地质构造。在这类地层中,往往还蕴藏着丰富的地下、地表水和不同类型的风化与残积土。在这种地层上利用冲击钻施工桥梁的桩基础时,常常会发生各种事故,主要有卡钻、塌孔、偏斜孔、漏浆、断桩等。由于溶洞处理的成败关系到基础施工质量、工期和成本,因此本文通过对钻孔桩施工事故的简要分析,提高人们在溶洞处理过程中的理性认识。（参考《建筑中文网》）
1 岩溶地区钻孔桩施工中需要特别注意的几个问题
1.1 施工准备
根据地质资料预测施工中可能出现的问题,制定施工方案,并向钻机操作人员进行技术交底。桩孔附近要备足回填材料和挖掘机、铲车、水泵等机械。
1.2 钻孔
钻机时泥浆要稍稠,现场泥浆池内尽量多备些泥浆,在溶洞穿孔后及时补浆。施工中要加强钻孔地质检查、复核,并密切注意观察钻机工作情况、周围地表沉降和护筒内水位变化,防止不正常情况发生。根据地质柱状图,在接近溶洞时勤观察、勤检查,钻头冲击岩层的响声、抽取的岩样判断是否接近岩溶地层。接近岩溶时主绳放长量控制为1 cm~2 cm,防止击穿溶洞顶板时造成掉钻、卡钻现象发生。钻穿溶洞顶板时一旦漏浆,及时投放粘土块、片石并补水补浆,保持孔内水位高度。漏水严重时,可填充稻草和水泥等混合物,每次填满后补浆补水,再重新冲击钻进,挤压填充物填充溶洞或堵塞溶洞,最终至不漏浆为止。通过溶洞层后,继续钻孔,直至设计深度。
1.3 加强对护壁泥浆质量的控制,有效地保证泥浆的护壁作用
岩溶地区的钻孔桩施工,最容易发生的情况就是塌孔,其中因素之一便是泥浆的质量不好,因此,施工过程中制备泥浆时,除了考虑施工方便,就地取材外,还应从赫土的选用、泥浆配比的确定以及现场泥浆控制指标几个方面综合考虑。
1.4 灌注混凝土
灌注中导管提升时,要根据溶洞情况确定导管埋深,避免灌注过程中挤破溶洞混凝土面突然下降,造成断桩事故发生。桩顶灌注标高应比设计标高超灌1 m以上,灌注完成后观察30 min左右,如果混凝土面没有变化再拔出导管。
2 岩溶地区钻孔桩冲击成孔事故原因分析及处理和预防措施
2.1 卡钻、掉钻
卡钻原因多为在基岩段成孔时锤因磨损未及时修补;冲进时因振动发生掉物、掉石;钢丝绳冲放过多,致桩锤顶倾倒顶住孔壁;溶洞底板倾斜或遇到半边溶洞。处理方法常用: 1)松紧法:即主绳放松与收紧依次循环,使钻头产生位移从原位提出; 2)副绳法:将主绳放松后,用钻头副绳吊一重物向下冲击钻头,使钻锤产生松动,主绳重复松紧交替法; 3)强提法:用吊机、千斤顶或钻机副绳穿滑车组加力强行提升,但该法需注意提升力避免过大,致使主绳断裂; 4)爆破法:测准钻头被卡高度后,迅速将两支乳化防水炸药捆成一组,加配重用测绳放入钻锤刃脚部位,然后将钻机主绳绷紧并采用电雷管起爆,在爆炸时产生位移的瞬间提升钻锤。
掉钻常有以下几种情况:钢丝绳五金套疲劳造成;接头卡松动(无安全卡);钻头断裂;多次打空锤,钢丝绳与钻头接处断裂。掉钻以预防为主,在成孔过程中经常检查钻头、接头卡及钢丝绳的情况。掉钻后先用吸泥法,将钻头四周的沉渣吸除,用打捞钩打捞。在进尺时遇到大溶洞,且填充物为软塑性土质或空洞时,应控制进尺,防止进尺过快引起掉锤。
2.2 塌孔、缩孔
施工时由于碰到溶洞或与桩位外溶洞相通的裂隙,引起泥浆突然大量漏失并造成塌孔埋钻等。发生漏浆时要及时补浆补水,维持孔内水头,并迅速堵漏。然后投入大量粘土块、片石,利用钻头冲击粘土块和片石挤入溶洞及其裂缝中,堵住溶洞和岩溶裂隙,形成一个封闭的环形护壁。施工中还应注意:在击穿洞顶之前,密切注意护筒内泥浆面的变化,一旦泥浆面下降,应迅速补水、补浆,然后根据溶洞的大小按1∶1的比例回填粘土和片石至溶洞顶部以上2 m~5 m,进行冲砸堵漏。漏浆现象全部消失后转入正常钻进,如此反复直至穿越溶洞。当溶洞内填充物为砂砾的,进入溶洞后也必须向孔内投入粘土、片石混合物(比例1∶1),冲砸固壁。回填粘土、片石混合物,有利固结砂砾,形成护壁,减少清孔时间。当溶洞内填充物为软弱粘性土、淤泥时,进入溶洞后易缩孔。向孔内投入片石,冲砸固壁,可有效防止缩孔。
2.3 钻孔偏斜
当施工中遇到溶洞分布不均或者裂隙比较破碎的地层时,有时会出现钻孔偏斜,其原因主要是由于岩层中岩石结构不同,受到风化侵蚀的程度也不同,岩层软硬不均,岩面倾斜,或者是一些不规则的空洞,造成冲击钻底部受力不均等,出现偏斜。
在钻孔过程中遇到软硬不均的地层时,会发现冲击钢丝绳有规律的向一侧摆动,此时可向孔内倾斜的一侧抛填片石,同时采用小冲程冲击,直到冲击钢丝摆动幅度正常,垂直上下时,方可采用正常施工方法施工。若岩面倾斜坡度较陡,岩层较硬,纠偏不成功时,可采用水下爆破或利用地质钻机密排钻孔,然后再改为上述方法纠偏。
2.4 漏浆
漏浆是指孔内泥浆突然大量漏失的现象。漏浆产生的主要原因是钻穿溶洞顶板遇无充填物或少量充填物的大空洞,孔壁失去孔内压力,孔内水头急剧下降,外部地下水渗透水压过高而产生水压力,引起孔壁坍塌,造成泥浆严重流失。
遇到漏浆时应立即提出钻头,向孔内补浆或补水,保持住孔内浆(水)面高度,如浆面仍不断下降,应及时进行散抛填,将片石、粘土及水泥制成混合物,视漏浆程度反复抛填,每次应达到1 m~3 m,直到不漏浆为止。当漏浆太快,散填难以达到目的时,应采用集中抛填将粘土袋、袋装水泥、片石等集中在短时间内大量填入。对于溶洞较发育地区,如抛填措施无效时,可采用全护筒跟进方法,并使其长度跟进至岩溶底部岩层。
2.5 断桩
岩溶地区的桩基施工,灌注水下混凝土时,由于泥浆的质量问题引起溶洞位置处孔壁的缩颈或者水下混凝土挤穿孔壁流入溶洞,使导管端口脱离混凝土,造成断桩。
预防断桩的措施有: 1)每次灌注时应备足砂石料及水泥,还应有相应的备用机械。2)施工过程严密监测混凝土面上升速度,要保证2 m的埋管深度,减少对下部混凝土的扰动。3)灌桩过程中导管应加大埋深,以防异常情况造成断桩。4)灌桩完成后应静待一定时间,及时观测孔内泥浆流失变化情况,暂停拔管,发现异常要及时补充混凝土,避免短桩、废桩。
3 结语
岩溶地区的钻孔桩施工,情况千变万化,不可预料因素太多,需具体问题具体分析,不同情况区别对待。不论出现哪种情况,都要求在钻孔桩施工过程前,加强对地质资料的详细分析和调查,出现事故后,要针对不同的岩溶地质特点,采取相应的措施和施工方法,顺利地完成桩基施工。
参考文献:
[1] 刘梦泽.岩溶地区桩基钻孔施工[J].铁道标准设计, 2004(8): 95-96.
[2] 高歌今.岩溶地区桥梁桩基础设计及施工技术措施[J].铁道标准设计, 2004(12): 24-25.
[3] 张忠亭.钻孔灌注桩设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社, 2007: 73-75.
[4] 李 漪,陆 路.浅谈岩溶地区桥梁基础设计[J].工程与建设, 2008(3): 145-146.
[5] 白双喜.岩溶地质钻孔桩施工技术[J].山西建筑, 2009, 35(21): 91-93. 来源: 《建筑中文网》.
1 岩溶地区钻孔桩施工中需要特别注意的几个问题
1.1 施工准备
根据地质资料预测施工中可能出现的问题,制定施工方案,并向钻机操作人员进行技术交底。桩孔附近要备足回填材料和挖掘机、铲车、水泵等机械。
1.2 钻孔
钻机时泥浆要稍稠,现场泥浆池内尽量多备些泥浆,在溶洞穿孔后及时补浆。施工中要加强钻孔地质检查、复核,并密切注意观察钻机工作情况、周围地表沉降和护筒内水位变化,防止不正常情况发生。根据地质柱状图,在接近溶洞时勤观察、勤检查,钻头冲击岩层的响声、抽取的岩样判断是否接近岩溶地层。接近岩溶时主绳放长量控制为1 cm~2 cm,防止击穿溶洞顶板时造成掉钻、卡钻现象发生。钻穿溶洞顶板时一旦漏浆,及时投放粘土块、片石并补水补浆,保持孔内水位高度。漏水严重时,可填充稻草和水泥等混合物,每次填满后补浆补水,再重新冲击钻进,挤压填充物填充溶洞或堵塞溶洞,最终至不漏浆为止。通过溶洞层后,继续钻孔,直至设计深度。
1.3 加强对护壁泥浆质量的控制,有效地保证泥浆的护壁作用
岩溶地区的钻孔桩施工,最容易发生的情况就是塌孔,其中因素之一便是泥浆的质量不好,因此,施工过程中制备泥浆时,除了考虑施工方便,就地取材外,还应从赫土的选用、泥浆配比的确定以及现场泥浆控制指标几个方面综合考虑。
1.4 灌注混凝土
灌注中导管提升时,要根据溶洞情况确定导管埋深,避免灌注过程中挤破溶洞混凝土面突然下降,造成断桩事故发生。桩顶灌注标高应比设计标高超灌1 m以上,灌注完成后观察30 min左右,如果混凝土面没有变化再拔出导管。
2 岩溶地区钻孔桩冲击成孔事故原因分析及处理和预防措施
2.1 卡钻、掉钻
卡钻原因多为在基岩段成孔时锤因磨损未及时修补;冲进时因振动发生掉物、掉石;钢丝绳冲放过多,致桩锤顶倾倒顶住孔壁;溶洞底板倾斜或遇到半边溶洞。处理方法常用: 1)松紧法:即主绳放松与收紧依次循环,使钻头产生位移从原位提出; 2)副绳法:将主绳放松后,用钻头副绳吊一重物向下冲击钻头,使钻锤产生松动,主绳重复松紧交替法; 3)强提法:用吊机、千斤顶或钻机副绳穿滑车组加力强行提升,但该法需注意提升力避免过大,致使主绳断裂; 4)爆破法:测准钻头被卡高度后,迅速将两支乳化防水炸药捆成一组,加配重用测绳放入钻锤刃脚部位,然后将钻机主绳绷紧并采用电雷管起爆,在爆炸时产生位移的瞬间提升钻锤。
掉钻常有以下几种情况:钢丝绳五金套疲劳造成;接头卡松动(无安全卡);钻头断裂;多次打空锤,钢丝绳与钻头接处断裂。掉钻以预防为主,在成孔过程中经常检查钻头、接头卡及钢丝绳的情况。掉钻后先用吸泥法,将钻头四周的沉渣吸除,用打捞钩打捞。在进尺时遇到大溶洞,且填充物为软塑性土质或空洞时,应控制进尺,防止进尺过快引起掉锤。
2.2 塌孔、缩孔
施工时由于碰到溶洞或与桩位外溶洞相通的裂隙,引起泥浆突然大量漏失并造成塌孔埋钻等。发生漏浆时要及时补浆补水,维持孔内水头,并迅速堵漏。然后投入大量粘土块、片石,利用钻头冲击粘土块和片石挤入溶洞及其裂缝中,堵住溶洞和岩溶裂隙,形成一个封闭的环形护壁。施工中还应注意:在击穿洞顶之前,密切注意护筒内泥浆面的变化,一旦泥浆面下降,应迅速补水、补浆,然后根据溶洞的大小按1∶1的比例回填粘土和片石至溶洞顶部以上2 m~5 m,进行冲砸堵漏。漏浆现象全部消失后转入正常钻进,如此反复直至穿越溶洞。当溶洞内填充物为砂砾的,进入溶洞后也必须向孔内投入粘土、片石混合物(比例1∶1),冲砸固壁。回填粘土、片石混合物,有利固结砂砾,形成护壁,减少清孔时间。当溶洞内填充物为软弱粘性土、淤泥时,进入溶洞后易缩孔。向孔内投入片石,冲砸固壁,可有效防止缩孔。
2.3 钻孔偏斜
当施工中遇到溶洞分布不均或者裂隙比较破碎的地层时,有时会出现钻孔偏斜,其原因主要是由于岩层中岩石结构不同,受到风化侵蚀的程度也不同,岩层软硬不均,岩面倾斜,或者是一些不规则的空洞,造成冲击钻底部受力不均等,出现偏斜。
在钻孔过程中遇到软硬不均的地层时,会发现冲击钢丝绳有规律的向一侧摆动,此时可向孔内倾斜的一侧抛填片石,同时采用小冲程冲击,直到冲击钢丝摆动幅度正常,垂直上下时,方可采用正常施工方法施工。若岩面倾斜坡度较陡,岩层较硬,纠偏不成功时,可采用水下爆破或利用地质钻机密排钻孔,然后再改为上述方法纠偏。
2.4 漏浆
漏浆是指孔内泥浆突然大量漏失的现象。漏浆产生的主要原因是钻穿溶洞顶板遇无充填物或少量充填物的大空洞,孔壁失去孔内压力,孔内水头急剧下降,外部地下水渗透水压过高而产生水压力,引起孔壁坍塌,造成泥浆严重流失。
遇到漏浆时应立即提出钻头,向孔内补浆或补水,保持住孔内浆(水)面高度,如浆面仍不断下降,应及时进行散抛填,将片石、粘土及水泥制成混合物,视漏浆程度反复抛填,每次应达到1 m~3 m,直到不漏浆为止。当漏浆太快,散填难以达到目的时,应采用集中抛填将粘土袋、袋装水泥、片石等集中在短时间内大量填入。对于溶洞较发育地区,如抛填措施无效时,可采用全护筒跟进方法,并使其长度跟进至岩溶底部岩层。
2.5 断桩
岩溶地区的桩基施工,灌注水下混凝土时,由于泥浆的质量问题引起溶洞位置处孔壁的缩颈或者水下混凝土挤穿孔壁流入溶洞,使导管端口脱离混凝土,造成断桩。
预防断桩的措施有: 1)每次灌注时应备足砂石料及水泥,还应有相应的备用机械。2)施工过程严密监测混凝土面上升速度,要保证2 m的埋管深度,减少对下部混凝土的扰动。3)灌桩过程中导管应加大埋深,以防异常情况造成断桩。4)灌桩完成后应静待一定时间,及时观测孔内泥浆流失变化情况,暂停拔管,发现异常要及时补充混凝土,避免短桩、废桩。
3 结语
岩溶地区的钻孔桩施工,情况千变万化,不可预料因素太多,需具体问题具体分析,不同情况区别对待。不论出现哪种情况,都要求在钻孔桩施工过程前,加强对地质资料的详细分析和调查,出现事故后,要针对不同的岩溶地质特点,采取相应的措施和施工方法,顺利地完成桩基施工。
参考文献:
[1] 刘梦泽.岩溶地区桩基钻孔施工[J].铁道标准设计, 2004(8): 95-96.
[2] 高歌今.岩溶地区桥梁桩基础设计及施工技术措施[J].铁道标准设计, 2004(12): 24-25.
[3] 张忠亭.钻孔灌注桩设计与施工[M].北京:中国建筑工业出版社, 2007: 73-75.
[4] 李 漪,陆 路.浅谈岩溶地区桥梁基础设计[J].工程与建设, 2008(3): 145-146.
[5] 白双喜.岩溶地质钻孔桩施工技术[J].山西建筑, 2009, 35(21): 91-93. 来源: 《建筑中文网》.
原文网址：http://www.pipcn.com/research/201109/15024.htm
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